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　　回想一下，如果當您被鎖在一個沒有時鐘及窗子的房間內，您會有哪些生理及心理的變化。大部分人的睡覺週期、活動及飢餓情形將很快變成以 23 小時為一週期的時間。顯然身體仍知道一天的時間長度，即使於一開始就沒有光線。而外在環境的訊息，如日夜的週期，將輕易地改變生物的節律，而使其時間將稍微長於 24 小時。

　　在哺乳類動物中，此內在的生物時鐘控制著具節律性的生理特性和行為，諸如：荷爾蒙的分泌、生殖的週期和一些移動性的能力（如：跑步、搔癢）；在植物中亦有相似的生物時鐘來調節每日的光合作用。

　　生物時鐘是由分子的結構所組成，而最近的研究重點是在偵測時間中轉譯作用（模板 DNA 產生為訊息 RNA 的過程）的角色。有些可當成轉譯因子的蛋白質，可特異性地結合到 DNA 與其他蛋白質而改變基因表現的形態，於是也改變了生物時鐘的調節功能。但何時是生物時鐘之開始，及何處是其起源位置和其調節情形又是如何呢？本文將分成三部分來介紹。

一、什麼是生物時鐘？
　　西元 1930 年以前，只有植物學家在研究生物時鐘。而於生物中的生物時鐘主要含有三個概念（如圖所示），首先是一個輸入路徑，它是連結內部循環到外在明暗的形態；第二是自發性的調節者，它會產生週期性的循環作用；最後是輸出路徑，它可表現出能測得的生理節律現象。數年來它被認為其調控是複雜並需組織組合的作用來做靈巧的調控。而事實上，在節律者的每個細胞會組成一個自發性的生物時鐘而具有發號施令的特質。

生物時鐘流程示意圖


　　當生物時鐘接收到輸入路徑來的訊息會經神經生理傳導產生循環性的節律（如日夜的習性），而之後再經二級發訊者傳給周邊組織、器官產生循環的節律性現象。

二、生物時鐘的起源位置？
　　在許多的生物中，其生物時鐘是位於中樞神經系統的特殊區域。例如：鳥類、爬蟲類及魚類的松果腺，另外還有一些光敏感細胞，亦表現出節律者的特性而直接影響荷爾蒙週期性的產生。而在哺乳類動物中，生物時鐘的位置是較複雜的，其生物時鐘的中心是在腦部下視丘前葉的位置，叫做上視束交叉核（suprachiasmatic nucleus, SCN），它約含有一萬個緻密的神經元，位於腦部最小的細胞間。而且這些神經元會分泌一些神經胜（如：血壓素），具有週期節律性。它們傳送節律的訊息到松果腺，其將訊息轉譯後使另外的荷爾蒙─黑色素細胞抑制素（melatonin）週期的產生。

三、生物時鐘的基因？
　　於各種不同生物中的生理時鐘基因分子已經被分離出來（參考附表）。第一個控制生物時鐘的基因分子證據是來自一次偶然的機會─於分離倉鼠體內的突變基因（tau）時所發現的，於表一不難發現在不同種間的生物時鐘會有構造區域的互相作用，如小鼠的 Per 分子，它是生物時鐘的基因分子，它會使小鼠時鐘蛋白 Clock發生單一的突變，而使得週期節律改變掉，另外 Clock 含有一個 PAS 區域，這個 PAS 區域會出現在 Clock 和 Per（fly），它們具有相似的序列，而 Clock 亦含有 bHLH 區域，所以 Per 區域可能是調控生物時鐘的構造區域，或者是生物時鐘可能和其他的共同因子（co-factors）有關，或是和 Per 還有 Clock 有關（尚未確定）。因為 Clock 之突變會改變小鼠的行為節律，故其應是真正生物時鐘的組成成分之一。而至於其他尚未被確定的假說仍持續研究中，相信在未來幾年，這些機制終將會日趨明朗。

楊豐源　改寫
取材自 Nature, 30 April 1998.

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